JP2006340368A

JP2006340368A - トリオランド構造を持つ表面実装アンテナ装置

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Publication number: JP2006340368A
Application number: JP2006153895A
Authority: JP
Inventors: Chan Ik Jeon; イクジョン，チャン; Gun Sung Jang; スンジャン，グン
Original assignee: Partron Co Ltd
Current assignee: Partron Co Ltd
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2006-12-14
Also published as: KR100548057B1; US7319431B2; US20070040749A1

Abstract

【課題】別途の整合回路を構成することなく、アンテナと接地領域間の電磁場を強く作り出すことができ、これにより放射性能を向上させることができるトリオランド構造の表面実装アンテナ装置の提供。
【解決手段】接地パターンと、接地パターンによって定められる一対の対向端部を持つ非接地領域とを含む基板と、非接地領域の対向端部と接地パターンとを電気的に連結する第１及び第２ランドと、第１及び第２ランド間の非接地領域に第１及び第２ランドそれぞれと分離して配置される入力パッドとを含むランド構造と、それぞれ誘電体ブロックの下面に設けられ、第１ランドと接続される第１接地電極と、第２ランドと接続される第２接地電極と、入力パッドに連結される給電電極と、誘電体ブロックの側面の一部及び上面に設けられ、第１接地電極、第２接地電極及び給電電極の少なくとも一つに連結される放射電極とを含むチップアンテナとを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線端末機に適用される表面実装アンテナ装置に関し、より詳しくは、別途の整合回路を構成することなく、アンテナと接地領域間の電磁場を強く作り出すことができ、これにより放射性能を向上させることができるトリオランド（ｔｒｉｏｌａｎｄ）構造の表面実装アンテナ装置に関する。

最近、通信及び放送技術の発達及びサービスの拡大により、通信端末機及び放送受信機が小型化、低コスト化及び多機能化する趨勢にある。このような趨勢に伴い、その通信端末機又は放送受信機に使用されるアンテナも、小型化、低コスト化及び多機能化に寄与するように要求されている。このような適用端末機の小型化及び低コスト化に適したアンテナの一つが、表面実装を用いて基板に実装されるチップアンテナである。

ここで、表面実装（ＳＭＴ：ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）とは、部品のリードを基板（ＰＣＢ）の孔に挿入せず、半田材などで表面に付着させる実装法をいう。このような実装法に適するように成形させた部品を表面実装部品（ＳＭＤ、ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＤｅｖｉｃｅ）と呼ぶ。

このような表面実装アンテナは、基板に形成されたランド構造に実装されるので、適用される端末機において適切な効率を持つためには、アンテナ自体の放射特性、アンテナとランド構造との間に形成される電磁気的特性、及びアンテナと受信回路とのインピーダンス整合が適切に考慮されるべきである。

本明細書においては、基板、ランド構造及びアンテナからなる装置をアンテナ装置と定義する。

図１は従来の表面実装アンテナ装置の斜視図、図２は従来の表面実装アンテナ装置のランド構造図である。次に、図１及び図２を参照して従来の表面実装アンテナ装置を説明する。

図１及び図２に示すように、基板１０には接地電極１１と非接地領域１２が画設されている。アンテナ２０は非接地領域１２に実装される。

この際、非接地領域１２には、アンテナ２０の安定な実装のために、アンテナ２０の下面に設けられた両側パッドに接続されるべき２つのランドパッドＬＰ１、ＬＰ２が設けられているが、それぞれのランドパッドＬＰ１、ＬＰ２は、アンテナ２０の下面の両側パッドにそれぞれ対応する位置に接地電極１１と一定の距離を隔てて配置される。ここで、２つのランドパッド中のいずれか一つは、信号線と連結されている。

また、アンテナ装置は、アンテナ２０と受信回路との間にインピーダンスを整合させて信号損失を防止するための整合回路１５を伴わなければならない。

このような従来の表面実装アンテナ装置において、ランド構造に実装されるアンテナは、図１に示すように、小型化のために大部分ヘリカル構造でできている。

図１に示したアンテナ２０は、下面、上面、及び複数の側面を持つ誘電体ブロック２０Ａ、誘電体ブロック２０Ａの下面に設けられた給電電極２１及び接地電極２２、並びに誘電体２０Ａの上面、側面及び下面にコイルから設けられたヘリカル構造の放射電極２３を含む。

この際、２つのランドパッドＬＰ１、ＬＰ２を含むランド構造に実装されるヘリカル構造のアンテナは、整合回路１５に連結されたランドパッドＬＰ１が位置した方向にのみ接地電極１１を設ける場合が大部分であるが、この場合、正常モード（ＮｏｒｍａｌＭｏｄｅ）動作の際にモノポールアンテナと類似の放射メカニズムで動作する。

これにより、図１及び図２のような周辺接地条件を持つ場合、動作周波数の最小λ／８以上の離隔距離を持つべき接地電極１１を形成しなければ、理論的にアンテナ２０の放射効率が５０％を超えなくなる。

このような動作原理は、ダイポール又はモノポールアンテナがＰＥＣに水平の下で近接するときの原理と理解される。したがって、このようなアンテナの特性上、非接地領域１２がアンテナの大きさに比べて相当大きくなければならず、非接地領域１２が適正の大きさより小さい場合には、アンテナの性能が著しく低下するという欠点を伴う。また、放射体がインピーダンス整合のための整合回路を伴ってアンテナの損失が増加するおそれがあり、インピーダンス整合に難しさがある。

これによれば、上述したような従来の表面実装アンテナ装置は、基板１０に実装されるアンテナ２０がヘリカル構造でできており、このようなヘリカル構造のアンテナ２０が適正の性能を発揮するためには非接地領域１２がアンテナ２０の大きさより数倍に相当するように一層大きくなければならないため、アンテナ２０を基板１０に実装するための大きい空間を確保しなければならず、よって適用される端末機を小さくするには限界がある。

また、別途の整合回路１５が必要なので、これによる回路構成が複雑になり、製作コストも上昇するため、適用端末機のコストを上昇させるという問題点がある。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、無線端末機に適用され、アンテナの実装される基板にトリオランド構造を形成することにより、別途の整合回路を構成することなく、アンテナと接地領域との電磁場を強く作り出すことができ、これにより放射性能を向上させることができる、トリオランド構造を持つ表面実装アンテナ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、接地パターンと、前記接地パターンによって定められる一対の対向端部を持つ非接地領域とを含む基板と、前記非接地領域の前記対向端部と前記接地パターンとを電気的に連結する第１ランドパッド及び第２ランドパッドと、前記第１ランドパッドと前記第２ランドパッドとの間の非接地領域に前記第１ランドパッド及び前記第２ランドパッドそれぞれと分離して設けられ、前記第１ランドパッドから所定の距離を隔てて配置される入力パッドとを含むランド構造と、誘電体ブロックの下面に設けられ、前記第１ランドパッドと接続される第１接地電極と、前記誘電体ブロックの下面に設けられ、前記第２ランドパッドと接続される第２接地電極と、前記誘電体ブロックの下面に設けられ、前記入力パッドに連結される給電電極と、前記誘電体ブロックの側面の一部及び上面に設けられ、前記第１接地電極、前記第２接地電極及び前記給電電極の少なくとも一つに連結される放射電極とを含むチップアンテナとを備えてなることを特徴とする、表面実装アンテナ装置が提供される。

前記第１ランドパッド及び前記第２ランドパッドは、前記接地パターンに連結され、前記接地パターンから前記非接地領域方向に突出して設けられることを特徴とする。

前記入力パッドは、前記第２ランドパッドより前記第１ランドパッドにさらに近接して設けられることを特徴とする。

前記入力パッドは、前記第１ランドパッドとの離隔距離を調整して相互インダクタンス及び／又はキャパシタンスの変化により使用周波数に対するインピーダンス整合に適するように設けられることを特徴とする。

前記入力パッドは、信号線に連結されて設けられることを特徴とする。

前記チップアンテナの第１接地電極は、前記給電電極と独立して設けられてもよく、前記給電電極と一体に連結されて設けられてもよい。

前記チップアンテナの放射電極は、前記第１接地電極、前記第２接地電極及び前記給電電極のいずれか一つに直接連結されて設けられることを特徴とする。

上述した本発明によれば、無線端末機に適用される表面実装アンテナ装置において、アンテナの実装される基板にトリオランド構造を設け、構造的な変化によって別途の整合回路を必要とすることなく、アンテナと接地領域との電磁場を強く作り出すことができ、これにより放射性能を向上させることができるという効果がある。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付する。

図３は本発明に係る表面実装アンテナ装置の斜視図、図４は図３の表面実装アンテナ装置のランド構造の第１実施例を示す図である。

図３及び図４を参照すると、本発明の表面実装アンテナ装置は、基板１００、ランド構造、及びアンテナ３００からなる。ここで、基板１００は、アンテナ実装領域を除いて設けられた接地パターン１１０を含む。

前記ランド構造は、アンテナ３００を基板１００に実装するための構造を提供する。このランド構造は、接地パターン１１０の設けられていない非接地領域２１０と、非接地領域２１０の対向端部に接地パターン１１０と連設された第１ランドパッド２２０及び第２ランドパッド２３０と、第１ランドパッド２２０と第２ランドパッド２３０との間に第１ランドパッド２２０及び第２ランドパッド２３０それぞれと分離して設けられ、第１ランドパッド２２０から所定の距離を隔てて配置される入力パッド２４０とを含む。ここで、入力パッド２４０は、信号線を通じて接地パターン１１０に連結される。

このように、本発明に係る表面実装アンテナ装置のランド構造は、第１ランドパッド２２０、入力パッド２４０、及び第２ランドパッド２３０が順次配置されたトリオランド構造を持つ。

また、アンテナ３００は、誘電体ブロック３００Ａの下面に設けられ、第１ランドパッド２２０と接続される第１接地電極３２０と、誘電体ブロック３００Ａの下面に設けられ、第２ランドパッド２３０と接続される第２接地電極３３０と、誘電体ブロック３００Ａの下面に設けられ、入力パッド２４０と接続される給電電極３４０と、誘電体ブロック３００Ａの側面３０３、３０４、３０５、３０６の一部及び上面３０２に設けられ、第１接地電極３２０、第２接地電極３３０及び給電電極３４０の少なくとも一つと連結される放射電極３５０とを含む。

図５は、図４のランド構造を説明するための図である。図３〜図５を参照すると、第１ランドパッド２２０及び第２ランドパッド２３０は、それぞれ接地パターン１１０に連結されており、接地パターン１１０から非接地領域２１０方向に突出するように設けられてもよい。

入力パッド２４０は、第２ランドパッド２３０より第１ランドパッド２２０にさらに近接しており、第１ランドパッド２２０との離隔距離Ｗを調整して相互インダクタンス及び／又はキャパシタンスの変化により使用周波数に対するインピーダンス整合に適するように設けられる。

入力パッド２４０、第１ランドパッド２２０及び第２ランドパッド２３０は、長手方向に接地パターン１１０との距離Ｌ１、及び基板１００の端部との距離Ｌ２を調整してアンテナ３００の特性を調整することができる。

このように、第１ランドパッド２２０と入力パッド２４０との離隔距離Ｗ及び前記距離Ｌ１、Ｌ２を調整してインピーダンスを調整することができ、このようなトリオランド構造自体でインピーダンスを適切に調節することができるので、別途のインピーダンス整合回路を必要としない。

図６は本発明に係る表面実装アンテナ装置の第２実施例を示す。図６を参照すると、第１ランドパッド２２０及び第２ランドパッド２３０は、接地パターン１１０に連結されており、接地パターン１１０から非接地領域２１０方向に突出せず、接地パターン１１０内に含まれて非接地領域２１０と接する部分に設けられてもよい。
すなわち、本発明に係る表面実装アンテナ装置の第１ランドパッド２２０及び第２ランドパッド２３０は、図４に示すように、基板１００の接地パターン１１０から突出するように設けられてもよく、これとは異なり、図６に示すように、突出せず、接地パターン１１０の一部が第１ランドパッド２２０及び第２ランドパッド２３０として利用されてもよい。

一方、アンテナ３００の第１接地電極３２０及び給電電極３４０は、互いに分離して設けられてもよく、互いに連結されて一体に設けられてもよい。また、放射電極３５０は、第１接地電極３２０、第２接地電極３３０及び給電電極３４０の少なくとも一つに連結される。これについての様々な例は、図７ａ〜図７ｅに示されている。

図７ａ〜図７ｅは本発明の表面実装アンテナ３００の展開図である。図７ａに示すように、第１接地電極３２０及び給電電極３４０は互いに分離して設けられてもよく、上面３０２の放射電極３５０は第１接地電極３２０に連結されてもよい。

また、図７ｂに示すように、第１接地電極３２０及び給電電極３４０は互いに分離して設けられてもよく、上面３０２の放射電極３５０は第２接地電極３３０に連結されてもよい。

また、図７ｃに示すように、第１接地電極３２０及び給電電極３４０は互いに連結されて一体に設けられてもよく、上面３０２の放射電極３５０は第１接地電極３２０及び給電電極３４０に連結されてもよい。

また、図７ｄに示すように、第１接地電極３２０及び給電電極３４０は互いに連結されて一体に設けられてもよく、上面３０２の放射電極３５０は給電電極３４０に連結されてもよい。

また、図７ｅに示すように、第１接地電極３２０及び給電電極３４０は互いに連結されて一体に設けられてもよく、上面３０２の放射電極３５０は第２接地電極３３０に連結されてもよい。

図７ａ〜図７ｅに示すように、アンテナ３００の放射電極３５０は様々な形にすることができる。

一方、図３及び図７ａを参照すると、本発明のアンテナ装置のアンテナ３００において、第１接地電極３２０、第２接地電極３３０及び給電電極３４０のうち放射電極３５０に連結されていない電極は、その端部から誘電体ブロックの側面方向に延設された延長部３２０ａ、３３０ａ、３３０ｂ、３４０ａ、３４０ｂを含むが、この延長部３２０ａ、３３０ａ、３３０ｂ、３４０ａ、３４０ｂの長さを調節してインピーダンス整合及び共振周波数の調節に寄与することができる。

上述したように、本発明は、チップアンテナを基板に実装するための新規のトリオランド構造を利用することにより、ヘリカル構造を利用しなくてもアンテナを小型化することができ、アンテナと接地電極との電磁場を効率よく作り出すことができるため、アンテナの放射性能を向上させることができる。

また、本発明のランド構造は、アンテナの実装面積を減らすことができる。このようなランド構造を持つアンテナ装置は、小型化が要求される無線端末機に適用する際、ランドパッドと接地電極とのインピーダンス整合が可能なので、別途のインピーダンス整合回路を必要とすることなく、適用端末機の製作コストを減らすことができる。

前述したような本発明の表面実装アンテナ３００は、様々なサイズに製作できるが、本発明の表面実装アンテナ３００が６＊２＊１．２（長さ＊幅＊高さ）のサイズに製作された場合のアンテナの電気的特性は、表１、図８及び図９ａ〜図９ｃに示す通りである。

本発明の実施例に係る表面実装アンテナ３００の電気的特性を、表１に示す。

図８は本発明の実施例に係る表面実装アンテナ装置の反射損失特性図である。図８において、横軸は約２ＧＨｚ〜３ＧＨｚの周波数、縦軸は振幅値をそれぞれ示す。図８のグラフＧ１はＳＷＲ特性を示すグラフであり、グラフＧ２はＳＷＲ特性値をＬｏｇ値に変換して示す反射損失グラフである。このグラフＧ２において、曲線が下降すればするほど反射が少ないことを意味する。グラフＧ３はアンテナのインピーダンス軌跡を示すスミスチャート（ＳｍｉｔｈＣｈａｒｔ）グラフである。

図９ａ〜図９ｃは、本発明の実施例に係る表面実装アンテナ装置の放射パターン図である。図９ａは方位角に対する放射パターン図、図９ｂは第１高度に対する放射パターン図、図９ｃは第２高度に対する放射パターンである。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、置換例及び修正例に想到し得ることは明らかである。

従来の表面実装アンテナ装置の斜視図である。従来の表面実装アンテナ装置のランド構造図である。本発明に係る表面実装アンテナ装置の斜視図である。本発明に係る表面実装アンテナ装置のランド構造図である。本発明のランド構造を説明するための図である。本発明のランド構造の変形例示図である。本発明のランド構造の変形例示図である。本発明のランド構造の変形例示図である。本発明のランド構造の変形例示図である。本発明のランド構造の変形例示図である。本発明のランド構造の変形例示図である。本発明の実施例に係る表面実装アンテナ装置の反射損失特性図である。本発明の実施例に係る表面実装アンテナ装置に対する放射パターン図である。本発明の実施例に係る表面実装アンテナ装置に対する放射パターン図である。本発明の実施例に係る表面実装アンテナ装置に対する放射パターン図である。

符号の説明

１００基板
１１０接地パターン
２１０非接地領域
２２０第１ランドパッド
２３０第２ランドパッド
２４０入力パッド
３００アンテナ
３００Ａ誘電体ブロック
３０１下面
３０２上面
３０３、３０４、３０５、３０６側面
３２０第１接地電極
３３０第２接地電極
３４０給電電極
３５０放射電極

Claims

接地パターンと、前記接地パターンによって定められる一対の対向端部を持つ非接地領域とを含む基板と、
前記非接地領域の前記対向端部と前記接地パターンとを電気的に連結する第１ランドパッド及び第２ランドパッドと、前記第１ランドパッドと前記第２ランドパッドとの間の非接地領域に前記第１ランドパッド及び前記第２ランドパッドそれぞれと分離して設けられ、前記第１ランドパッドから所定の距離を隔てて配置される入力パッドとを含むランド構造と、
誘電体ブロックの下面に設けられ、前記第１ランドパッドと接続される第１接地電極と、前記誘電体ブロックの下面に設けられ、前記第２ランドパッドと接続される第２接地電極と、前記誘電体ブロックの下面に設けられ、前記入力パッドに連結される給電電極と、前記誘電体ブロックの側面の一部及び上面に設けられ、前記第１接地電極、前記第２接地電極及び前記給電電極の少なくとも一つに連結される放射電極とを含むチップアンテナとを備えてなることを特徴とする、トリオランド構造を持つ表面実装アンテナ装置。
前記第１ランドパッド及び前記第２ランドパッドは、前記接地パターンに連結され、前記接地パターンから前記非接地領域方向に突出して設けられることを特徴とする、請求項１に記載のトリオランド構造を持つ表面実装アンテナ装置。
前記入力パッドは、前記第２ランドパッドより前記第１ランドパッドにさらに近接して設けられることを特徴とする、請求項１に記載のトリオランド構造を持つ表面実装アンテナ装置。
前記入力パッドは、前記第１ランドパッドとの離隔距離を調整して相互インダクタンス及び／又はキャパシタンスの変化により使用周波数に対するインピーダンス整合に適するように設けられることを特徴とする、請求項１に記載のトリオランド構造を持つ表面実装アンテナ装置。
前記入力パッドは、信号線と連結されて設けられることを特徴とする、請求項１に記載のトリオランド構造を持つ表面実装アンテナ装置。
前記チップアンテナの第１接地電極は、前記給電電極と一体に設けられることを特徴とする、請求項１に記載のトリオランド構造を持つ表面実装アンテナ装置。
前記チップアンテナの放射電極は、前記第１接地電極、前記第２接地電極及び前記給電電極のいずれか一つに直接連結されて設けられることを特徴とする、請求項１に記載のトリオランド構造を持つ表面実装アンテナ装置。
前記第１接地電極、第２接地電極及び給電電極のうち前記放射電極に連結されていない電極は、その端部から前記誘電体ブロックの側面方向に延設された延長部を含むことを特徴とする、請求項１に記載のトリオランド構造を持つ表面実装アンテナ装置。